污水處理過程中，脫氮是一個世紀難題，從最初傳統(tǒng)的硝化反硝化，到后來的短程硝化、厭氧氨氧化、短程硝化—厭氧氨氧化、生物膜內(nèi)自養(yǎng)脫氮等工藝。這些工藝在實施過程中的一個難點就是如何很好的控制細菌?？辞迦A大學(xué)的鄭敏博士他們團隊的新研究——利用超聲波技術(shù)控制廢水脫氮過程，是如何實現(xiàn)高效、節(jié)能的短程硝化脫氮。
項目名稱：利用超聲波控制廢水脫氮過程的技術(shù)初探及應(yīng)用前景展望
技術(shù)名稱：超聲波
與傳統(tǒng)廢水生物脫氮利用細菌將氨氮氧化為硝酸鹽再轉(zhuǎn)化為氮氣的方式不同，短程硝化—反硝化工藝可以僅將氨氮氧化為亞硝酸鹽（短程硝化）即還原為氮氣，因而短程硝化脫氮方法具有大幅節(jié)省曝氣所耗的能耗、節(jié)省反硝化所需碳源、減少污泥產(chǎn)量，縮短反應(yīng)時間及減少相應(yīng)反應(yīng)器容積等優(yōu)勢。
短程硝化是關(guān)鍵，但實施的難點是要控制廢水處理的細菌僅將氧化氨氮至亞硝酸鹽。超聲波是指頻率為20kHz以上的聲波，研究報道表明超聲波技術(shù)可以強化污水處理工藝性能，如增強污泥微生物活性、提高營養(yǎng)元素去除率及誘導(dǎo)污泥減量等，是否能利用超聲波技術(shù)有效控制脫氮進程，從而實現(xiàn)高效、節(jié)能的短程硝化脫氮？
1、污水處理傳統(tǒng)脫氮工藝簡介
2、短程硝化脫氮新工藝的發(fā)展歷程
3、超聲波技術(shù)在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用研究現(xiàn)狀
4、超聲波控制短程脫氮技術(shù)及應(yīng)用前景展望
1）物化處理脫氮技術(shù)：吹脫法、選擇性離子交換法、化學(xué)沉淀法、電化學(xué)法和反滲透法；折點氯化法（低濃度氨氮）。生物處理脫氮技術(shù)：氨化；硝化；反硝化。
2）傳統(tǒng)的生物脫氮工藝：傳統(tǒng)的生物脫氮工藝主要應(yīng)用全程硝化-反硝化工藝，包含前置和后置反硝化池等形式。傳統(tǒng)生物脫氮工藝需要經(jīng)歷氨化、完全硝化、反硝化過程，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，過程冗長，對能量、碳源、溶解氧均有較高的要求，雖然從工藝上應(yīng)用廣泛，易于實現(xiàn)，但單位脫氮成本高。
短程硝化反硝化：即將氨氮氧化為亞硝酸鹽（短程硝化），再將亞硝酸鹽還原為氮氣。直到1998年荷蘭Hellinga才提出一個實用的SHARON技術(shù)。這一技術(shù)是針對厭氧硝化池的上清液，利用厭氧硝化工藝的中溫（35℃左右），控制污泥齡2-3天，讓NOB很難生長，而AOB還具有一定活性，使亞硝酸鹽大量積累。
亞硝化—厭氧氨氧化：亞硝酸鹽直接與厭氧氨氧化菌反應(yīng)生成氮氣。其優(yōu)點是無需有機碳源。目前獲得成功的應(yīng)用只有：1）實驗室抑制或淘汰NOB同時保留AOB的方法在獲得成功后只有荷蘭的中溫短程硝化SHARON獲得了成功的工程應(yīng)用。2）利用生物膜內(nèi)AOB和NOB兩類細菌對氧的親和系數(shù)（Ks）不同也成功實現(xiàn)了短程硝化與ANAMMOX在生物膜里的同步反應(yīng)（CANON），并使之成為目前工程中ANAMMOX應(yīng)用的主要技術(shù)。
1、超聲波在水溶液中的效應(yīng)：熱效應(yīng)；空化效應(yīng)；彌散效應(yīng)。
2、在水處理中的應(yīng)用：a、可以預(yù)處理厭氧消化污泥（把微生物進一步破碎，將微生物中的有機物釋放），提高甲烷產(chǎn)率；b、增強生物活性，促進生物傳感器過程（彌散效應(yīng)，在頻率和強度低時，可增強微生物的活性；在研究層面針對厭氧氨氧化菌、除磷菌、硝化菌甚至厭氧菌都有提及）；c、溶胞—隱形生長（細胞內(nèi)的有機物釋放，有機物回流到污水處理過程中，然后再通過微生物降解），探討剩余污泥源頭減量，最大的問題是能耗高。
3、超聲波對微生物的作用機理：直接物理作用；化學(xué)作用；壓力誘導(dǎo)作用。
1、研究發(fā)現(xiàn)在某些超聲條件下，AOB的活性比初始狀態(tài)要高很多；而NOB的活性隨著超聲波強度的增強下降的較為厲害。
2、基于這樣的機理，提出用超聲波控制短程硝化是否可行。從右圖可以看出：隨著超聲能量比例的增強，AOB活性逐漸上升后下降，NOB活性小幅上升之后迅速下降。因此在中間條件下，使體系內(nèi)AOB維持在基準水平或更高水平，NOB活性受到抑制，逐漸下降。
3、針對高濃度氨氮廢水處，超聲波強化了AOB活性，可以實現(xiàn)快速積累亞硝鹽。在后期的中試時，提高短程硝化的效率，控制超聲的能耗水平，優(yōu)化中試運行的條件是將要開展的工作。 展望：超聲波本身是往體系輸送能量的，如何在污水處理中能夠提高短程硝化的效率，那么整個污水處理的流程會縮短，典型的占地會減少，初期投資會下降；此外，用超聲波處理，同時有污泥減量化的效果；通過超聲波處理污泥可以使厭氧硝化污泥產(chǎn)甲烷的效率上升，在國外有論證是可行的。總的來說，從水處理方面相對是高效節(jié)能，對于污泥資源化亦有一定的貢獻。
對于超聲波我們可能并不陌生，但將其應(yīng)用于污水處理中，還是新型的技術(shù)。超聲波在水處理及污泥減量化中應(yīng)用的初步探索，技術(shù)干貨頗多，可以說是受益匪淺。從當(dāng)前的脫氮工藝開始講，通過實驗室小試的對比進行了可行性論證和研究，也證明了超聲波在脫氮過程中確實具有一定的作用。在實際應(yīng)用過程中還需要進一步的研究，進行中試。
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